博鱼体育水动态界面张力的影响pdf

　　博鱼体育学兔兔 化 工 进 展 20 1 5年第34卷第8期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·2955· 混合型烷醇酰胺组成对油／水动态界面张力的影响 冯茹森 ，蒲迪 ，周洋 ，陈俊华 ，寇将 ，姜雪 ，郭拥军 ( 西南石油大学化学与化工学院，四川 成都 610500； 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室， 四川 成都 610500) 摘要：为了探究混合型烷醇酰胺复杂组成对油／水界面张力的作用机制，采用GC—MS联用分析了混合型烷醇酰胺 (GYD)的组成，并用自制的不同烷基链长醇酰胺 (简记为 C DEA，n=8，10，12，14，16)在大庆原油条件 下研究了GYD组成对油／水界面张力的影响规律。结果表明，降低油／水界面张力能力强弱为C14DEAC12DEA— GYDCl6DEAC10DEAC8DEA，C14DEA、C12DEA和GYD在一定浓度范围内能降低油／水界面张力至l0 mN／m 数量级；C DEA之间复配体系的界面活性取决于体系中各单分子结构烷醇酰胺相对含量，其中Cl4DEAJC12DEA 相对含量是影响体系油／水界面活性的关键因素，当C14DEA／C12DEA复配比大于1时，体系达到超低界面张力浓 度窗口更宽，界面动态特性更好；适量助剂 (月桂酸和二乙醇胺)的加入对体系降低界面张力有一定的协同效 应；GYD／C14DEA复配体系随C14DEA浓度增加，体系界面活性明显改善。 关键词：混合型烷醇酰胺；表面活性剂；界面张力；GC．MS联用；复配规律；协同效应 中图分类号：TE 39 文献标志码：A 文章编号：1000—6613(2015)08—2955—06 DoI：10．16085~．issn．1000—6613．2015．08．008 Effect of compositions of the mixed alkanolamide on oil／water dynamic interfacial tensions FENGRusen 。 。，PUDi ，ZHOUYang ，CHENJunhua ，KOUJiang ，JIANGXue ，GUO Yongjun ’ ( College ofChemistry and Chemical Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，Sichuan，China： State Key Lab ofOil and Gas Reservoirs Geology and Exploration，Chengdu 610500，Sichuan，China) Abstract：In order to investigate the mechanism of the composition of mixed alkanolamide on oil／water interfacial tensions(IFT)，the compositions of the mixed alkanolamide(GYD)were analyzed by GC—MS method and the different alkyl—carbon chain length amide(abbreviated as C DEA， =8， 10，12，14，l6) were synthesized to study the effects ofcompositions ofGYD on the oil／water IFT under Daqing conditions．The results showed that the ability of lowering oil／water IFT was in the following order：C14DEAC12DEA=GYDC16DEAC~0DEACsDEA， and C14DEA，C12DEA and GYD can reduce the oiYwater IFT to l 0一mN／m within a certain range of concentrations．The interface activity of complex system between C DEA depended on the relative content of each single molecular structure in alkanolamide and the relative content of C14DEA／C】2DEA was a key factor on interfacial activity of the complex system．When complex ratio of C14DEA／C12DEA1，the wider concentration window of the system reached ultra—low IFT，with the better interface dynamic characteristics．The 收稿日期：2014．12．29；修改稿日期：2015—01．17。 论与技术研究工作，E．mail gs _ 。联系人：郭拥军，研究 基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”项目(2011 员，博士，从事油田化学处理剂研制、开发及作用机理研究、化工生 ZX05010—004)。 产管理。E-mail 。 第一作者：冯茹森 (1972一)，男，副教授，主要从事提高采收率理 学兔兔 ·2956· 化 工 进 展 2015年第34卷 addition of proper amount of co—surfactant(1auric acid and diethanolamine)could reduce the IFT to a certain extent．The interfacial activity of C14DEA／GYD was significantly improved when the concentration of C14DEA increased． Key words：mixed alkanolamide；surfactants：interfacial tension；GC-MS；compound laws；synergy efrect 烷醇酰胺具有良好的表面活性，是非离子表面 表1 大庆采油二厂污水水质分析 活性剂中最重要的品种之一，其毒性低、生物降解 离子组成 浓度／mg L- 性好，是现代合成洗涤剂中重要的活性物博鱼体育，广泛应 用于洗涤剂、泡沫稳定剂、增稠剂、柔软剂、防锈 剂和抗静电剂等【l J，同时因其具有抗盐、抗高价离 子以及良好的配伍性等优点，也可用于三次采 油p ]。其中，椰油酸二乙醇酰胺因其良好的界面活 性及价格低廉成为油田上最常用的非离子表面活性 剂之一博鱼体育，主要由椰油酸(酯)与二乙醇胺制备所得， 根据酸和胺的摩尔比不同可分为1：1型和1：2型， 仪，美国安捷伦公司；Texas一500C型旋转液滴法界 分别称为Ninol(尼诺尔)6501、Ninol 6502t 。因 面张力仪博鱼体育，美国CNG公司。 其反应原料椰油酸是由不同结构脂肪酸同系物组 1．2 烷醇酰胺的制备 成，故本文将此类由组成复杂原料制备所得烷醇酰 参照文献[8]合成方法，将脂肪酸加入四口烧瓶 胺，称为混合型烷醇酰胺。 中，通入氮气，加热融化后加入适量二乙醇胺，继 虽然椰油酸二乙醇酰胺具有诸多优点，但也存 续升温至预设温度，反应至游离酸含量小于 1．5％ 一 在某些不足。本文作者课题组在对不同批次市售 后，降温至一定值，加入剩余的二乙醇胺和催化剂 1：1型混合烷醇酰胺 (GYD)与原油油／水界面性 (用量为原料的1．5％)，保温反应至游离胺值不再 质研究及配方筛选时发现其界面活性有较大差异， 改变为止，得到琥珀色黏稠液体或淡黄色固体。 分析认为可能是由于 GYD组成不同所致，究竟何 1．3 GYD组分及含量分析 种组分对降低油／水界面张力贡献大，何种贡献小或 参照文献[9]使用GC．MS联用对GYD进行组分 起副作用，是否能通过调节组成比例来改善体系界 及含量分析，具体测试条件如下。 面性能?基于上述现状，本文通过测定自制系列 色 谱 条 件 ： liP一5MS 色 谱 柱 1：1型不同碳链脂肪酸二乙醇酰胺及其复配体系 (30mx0．25mmx0．25~tm)，进样口温度 280℃，接 与原油动态界面张力，详细地研究了GYD各组分 口温度280℃，柱温起始温度50℃，以20℃／min升 对油／水界面张力的影响规律。 至220℃，保留2min，再以10℃／min升至280℃， 保留1rain，载气为He(99．999％)，不分流进样， l 买验部分 恒流lmL／min，进样量l uL。 1．1 试剂及仪器 质谱条件：接口温度 280℃，四级杆温度 150 主要试剂：正辛酸、正癸酸、月桂酸、豆蔻酸、 ℃，离子源温度230℃，溶剂延迟时间2min，电离 棕榈酸，碳链长度依次为 8、10、l2、14、l6，天 方式EI，电离能量70eV，全扫描。 津市光复精细化工研究所；甘油、二乙醇胺(DEA)、 1．4 界面张力的测定 氢氧化钾等，成都市科龙化工试剂厂，所用试剂均 在45℃、5000r／min测试条件下，用Texas．500C 为分析纯；GYD为一种混合型烷醇酰胺，工业级。 型旋滴界面张力仪测定表面活性剂与大庆采油二厂 实验用油：大庆采油二厂脱水原油 (45℃黏度 脱水原油的动态界面张力。其基本原理是通过旋转 为29．87mPa．s，密度为0．8596g／cm~)。 使油滴处于一定离心场中，利用系统图像处理软件， 实验用水：大庆采油二厂污水，总矿化度为 实时记录油滴的形状和尺寸，每1min或3min计算 3883．52mg／L，水质分析见表1。 一 次界面张力值，从而可得到动态界面张力曲线C气相色谱．质谱联用 并取20rain时所测数据为界面张力稳定值。 学兔兔 第8期 冯茹森：混合型烷醇酰胺组成对油／水动态界面张力的影响 ·2957· 2 结果与讨论 2．1 GYD组分及含量分析 ● 取一定量的GYD，用甲醇作溶剂，将其稀释至 羹 约0．4％的质量分数后，进行GC—MS全扫描分析， 恒 得总离子流色谱图见图 1。用气相色谱数据处理系 统，以峰面积归一法测得其中各组分的相对质量分 数，分析结果见表2。从表2可以看出，GYD是一 种组成复杂的烷基醇酰胺混合物，主要包括不同碳 质量分数／％ 数脂肪酸二乙醇酰胺和剩余原料甘油、二乙醇胺、 图2 不同烷醇酰胺油／水界面张力稳定值随质量分数的 月桂酸等。其中，月桂酸二乙醇酰胺相对含量最高 变化曲线％。 _CsDEA；口C1oDEA： ▲ C12DEA；△CI4DEA：·Cl6DEA：o GYD 2．2 GYD和C．DEA与原油油／水界面张力 浓度窗IS]较窄【 ]；C】4DEA随质量分数增加，界面 测定不同浓度C DEA和GYD与原油油／水界面 张力先大幅下降后趋于平稳，在0．05％~0．3％范围 张力，得到油／水界面张力稳定值随质量分数变化曲 时，界面张力可降低至l0 ～10 mN／m数量级，浓 线％质量分数范 度窗口较宽。随着 C DEA烷基链长的增加，表面 围内，C8DEA、C10DEA与C16DEA原油体系界面 活性剂界面活性先增加后降低，其中烷基链长 张力只能达10叫mN／m数量级；C】2DEA随质量分数 n=12／14时，界面活性最高，这是因为对于某特定 的增加，界面张力先减小再增大后趋于平稳，在 体系表面活性剂在油水界面层的富集能力与其亲 水一亲油能力密切相关[1卜 ]，亲水性或亲油性过强均 0．02％~0．04％时，界面张力可达10 mN／m数量级， 不能有效吸附于油水界面层，只有与特定油相相匹 配的亲水一亲油能力时才能有效降低油水界面张力， C8DEA、CloDEA亲水性过强，C16DEA亲油性过强， 而只有C12DEA和Cl4DEA的亲水一亲油能力较为适 宜。除此之外，可以明显地看出GYD界面张力随 质量分数变化趋势与C12DEA基本一致，界面张力 值略高于C12DEA，可能是由于GYD体系中C】2DEA 含量较高，对降低油水界面张力贡献最大，表现出 C12DEA的界面特性。 2．3 CnDEA复配体系与原油界面张力 图1 GYDGC．MS联用分析图谱 2．3．1 C DEA之间复配对油／水体系动态界面张力 的影响 表2 GYD组分分析结果 为了更详尽地研究 GYD组成对油水界面张力 的影响规律，首先考察了 C DEA之间的复配对动 态界面张力的影响。结合上述C DEA和GYD与原 油界面张力测试结果可以看出，C】2DEA和C14DEA 具有较好的界面活性，故在此基础上考察不同质量 比Cl2DEA／C14DEA复配体系与原油动态界面张力， 体系总质量分数为0．05％，结果如图3所示。 从图3可以看出，随着Cl2DEA／C14DEA复配 体系中C14DEA含量增加，界面张力值降低，但其 界面活性均介于两种单独表面活性剂之间，这个符 合一般同系物复配规律L1引。 学兔兔 ·2958· 化 工 进 展 2015年第34卷 H ● 鲁 ● 薹 Z R { 旧 暖 趟 图3 Cl2DEA／Cl4DEA不同复配比对油／水动态界面张力的 (a)C8DEA 影响 _C12DEA ：C14DEA~10：0：口C12DEA：C14DEA=8：2：▲C12DEA ： Cld3EA=6：4；A CI2DEA：Cl4DEA--4：6；·CI2DEA：C~4DEA=2：8 o C12DEA ：C14DEA=0：10 ● 董 选取Cl2DEA／Cl4DEA复配比为2：8、总质量 分数为0．05％的复配体系为研究对象，分别考察了 陋 陕 C8DEA、CloDEA和C16DEA对C12DEA／C14DEA复 配体系油水动态界面张力的影响，结果如图4。 从图4(a)和图 4(b)可以看出，随着 C8DEA、 C1oDEA浓度的增加，体系界面张力逐渐增加，当 质量分数为 0．1％时，界面张力最低值分别为 0．1331mN／m、0．0589mN／m；从图 4fc)可以看出， C16DEA 在 质 量 分 数 0．005％ 时 ， 体 系 ● 毫 C12DEA／C14DEA／Cl6DEA具有一定的正协同效应， 界面张力最低值可达 0．00612mN／m，继续增加 旧 C16DEA浓度，体系界面张力增大，质量分数为0．1％ 时，体系界面张力为 0．0299mN／m。综上所述， C8DEA、CloDEA、C16DEA对 C12DEA／C14DEA复 配体系油／水动态界面张力的影响规律为：在较高浓 度下 ，具有负协同效应，且影响强弱为 图4 CsDEA、C1oDEA、C16DEA对C12DEA／C14DEA复配 C8DEACloDEAC16DEA，在低浓度下，C16DEA 体系油／水动态界面张力的影响 具有一定的正协同效应。 一0；口0．005％；▲ 0．01％ ；△0．025％；·0．05％；0 0．1％ 由前述 GYD组分分析结果可知，不同碳链烷 基醇酰胺相对含量百分比为 C8DEA：C】oDEA： C12DEA ：C14DEA ：C16DEA=1．3 ：2．4 ：13．2 ： 2．4：1，故在不改变 C8DEA、C10DEA和 Cl2DEA ● 相对比例的条件下，考察了 C】2DEA／C14DEA不同 耋 复配比对油／水动态界面张力的影响，结果见图5、 旧 图6。 从图5可以看出，随着C】4DEA相对含量的增 加，体系达超低界面张力的浓度窗口变宽，当 C】2DEA／Cl4DEA复配比小于1时，在0．O5％～0．3％ 均能达到10一mN／m，表现为C】4DEA界面特性。在 图5 不同复配比C DEA体系界面张力稳定值随质量分数 动态特性方面，从图6可以看出，0．1％不同复配比 的变化曲线期 冯茹森：混合型烷醇酰胺组成对油／水动态界面张力的影响 ·2959· 略有升高；加入月桂酸，界面张力降低，达到最低 值时间更短。这是因为甘油的加入增加体系的亲水 ● 性，破坏了表面活性剂分子在油水界面层原有的排 毛 布，使其更易分配于水相中，体系界面张力增大； 恒 月桂酸的加入增加体系的亲油性，改善了体系的亲 水．亲油性能，在一定程度上降低油／水界面张力， 同时也加快了表面活性剂吸附速度，从而缩短了达 最低值的时间。加入二乙醇胺，体系界面张力大幅 下降，可达到 10 mN／m数量级，主要是因为二乙 图6 不同复配比C DEA对油／水动态界面张力的影响 醇胺作为一种有机碱，与原油中酸性物质反应，生 (质量分数为0．1％) 成了原位表面活性剂，再与原有表面活性剂体系发 C8DEA：C10DEA：C12DEA：C14DEA．．Cl6DEA复配比分别为： 生协同作用博鱼体育，从而降低油／水界面张力 。 ●l：2：l3：2：1： 口1：2：l0：5：l： ▲ 1：2：7：8：1； △1：2：4：l1：l： ●1：2：1：14：l 2．3-3 C14DEA对GYD油／水动态界面张力的影响 GYD质量分数为 0．1％，加入不同浓度的 体系随Cl4DEA相对含量的增加，界面张力大幅下 Cl4DEA，考察 C】4DEA浓度对油／水界面张力的影 降，平衡值由0．0602mN／m降至0．00653mN／m，且 响，结果如图8所示。 达到最低值的时间变短。其原因可以由动态吸附一 脱附理论得到解释，即在表面活性剂刚与原油接触 时，发生吸附与脱附的动态变化，吸附速率主要取 ● 决于活性剂分子自体相内部到界面层的扩散，溶液 董 浓度越大，溶液内部与界面层的浓度梯度越大，则 旧 扩散速率越快，因而吸附速率也越大，表现为界面 张力的时间效应越小【l 。结果表明，适当的改变 C12DEA／C14DEA的复配比例，可以有效地改善体系 油／水界面活性。 2．3．2 C DEA／助剂复配体系对油／水动态界面张力 图8 C14DEA对GYD油／水动态界面张力的影响 的影响 C14DEA质量分数：_0；口O．05％；▲O．1‰ △ O．2‰ ·0．3％ 基于 GYD各组分相对含量分析结果，考察了 剩余原料甘油、二乙醇胺和月桂酸对体系油水动态 从图8可以看出，随C14DEA浓度增加，体系 界面张力的影响，结果如图7所示。 油水界面张力大幅降低，达到最低界面张力时间缩 从图7可以看出，体系中加入甘油，界面张力 短，当质量分数大于 O．1％时，油水界面张力能达 10 mN／m数量级，与C DEA复配规律一致。 3 结 论 ● 至 (1)在大庆条件下，不同烷基链长醇酰胺 CnDEA和混合型烷醇酰胺GYD降低油脉界面张力 恒 能力强弱为：C14DEACl2DEA~GYDCl6DEA CloDEAC8DEA。C14DEA在 0．05％~0．3％较宽质 量分数范围内降低油水界面张力至 10 mN／m数量 级；C12DEA和GYD油／水界面张力随浓度变化趋 势相同，在0．02％~0．04％时可达超低界面张力，浓 图7 不同助剂对复配体系油／水动态界面张力的影响 度窗口较窄。 CsDEA：CIoDEA：C12DEA：C14DEA：Cl6DEA=I：2：13：2：1复配 体系为x：-0 1％x；13 0．1％X+0．01％DEA；▲0．1％X+0．02％甘油； (2)C DEA之问符合一般同系物复配规律， △0．1％+0，01％月桂酸 CsDEA、C1oDEA、C16DEA对 C12DEA／C14DEA复 学兔兔 ·2960· 化 工 进 展 2015年第34卷 配体系油／水动态界面张力的影响规律为：在较高浓 tension and loss ofpetroleum sulfonates for enhanced oil recovery[J]． Journal of Dispersion Science and Technology，2010，31(6)： 度下，具有负协同效应，且影响强弱为 C8DEA 722—726． C1oDEAC16DEA，在低浓度下，C16DEA具有一定 李瑞东，王冬梅，张子玉，等．复合表面活性剂提高低渗透油田 的正协同效应。当 C14DEA／C12DEA复配比大于 1 采收率研究fJ]．油田化学，2013，30(2)：221 225 李晓东，刘慧，徐方俊．烷醇酰胺表面活性剂在降压增注技术中 时，体系达到超低界面张力浓度窗口更宽，界面动 的性能与研究[J]．哈尔滨理工大学学报，2009，14(6)：120．123 态特性更好。 白亮，杨秀全．烷醇酰胺合成研究进展【J]．日用化学品科学，2009， (3)适量助剂(月桂酸和二乙醇胺)的加入对 32(4)：15．19． 体系降低界面张力有一定的协 同效应； 孙根行，张晓镭，俞从正．硬脂酸二乙醇酰胺二步合成法[J]．中国 GYD／C14DEA复配体系随C14DEA浓度增加，体系 皮革，2002，31(13)：26．28，36． 界面活性明显改善。 饶长全，周密，林峰．应用GC-MS快速测定月桂酸二乙醇酰胺的 含量fJ] 日用化学品科学，2011，34(2)：24．26． (4)揭示了混合型烷醇酰胺组成对油／水界面 袁庆胜．动态界面张力特征及影响因素研究fJ]油气地质与采收 张力的影响机制，同时也能对类似油田表面活性剂 率，2003，10(3)：59—61． 配方筛选工作提供一定的指导意义。 张璐，罗澜，赵濉，等．表面活性剂亲水一亲油能力对动态界面张 力的影响fJ]．物理化学学报，2001，17(1)：62．65． 参 考 文 献 Zhao R，Zhang L，Zhang L，et a1．Effect ofthe hydrophilic-lipophilic [1] 刘红芹，刘静伟，赵秋瑾，等．油脂基表面活性剂研究进展[J]．精 ability on dynamic interfacial tensions of alkylbenzene sulfonates[J]． Energy ＆Fuels，2010，24：5048—5052 细化工，2013，30(4)：378 384． [2] 刘义，高俊．化妆品用增稠剂[J]．日用化学工业，2003，33(1)：嗍 川 赵国玺，朱陟瑶．表面活性剂作用原理[M]．北京：中国轻工业出 44．47． 版社，2003． [3] ZhuYY，ZhangY，HouQ F，et a1．Effect ofmainfactors on oil 任朝华，罗跃，陈大钧．新型表面活性剂体系降低原油／水的界面 recovery of surfactant-polymer flooding[C]／／lntemational Petroleum 张力行为[J]．油田化学，2011，28(4)：423．426，444． Technology Conference，Beijing，March 26-28，2013．China：One 石静．有机碱乙醇胺对胜利原油界面张力的影响[J1．山东大学学 Peso，IPTC 16433-MS． 报：工学版，2013，43(3)：70．74． 『41 Li Y，Dnan Y Z，Zhang K．Effect of alkanolamide on interracial 《 —《 、《 《 《 · 胡 、 、 《 、， 《 、 · 产品信息· 浙江力普公司粉碎、收集成套生产线获国家专利 一 种能有效防止可可豆在粉碎过程中因为温度过高而 为破解这一课题，浙江力普公司进行了技术创新，在粉 导致熔化、黏结难题，既提高可可粉的得率，又提升可可粉 碎机上设置出料口和进风口，粉碎机连接螺旋输送机，螺旋 的质量的粉碎、收集成套生产线，日前由中国粉碎技术领航 输送机通过第一关风机连接料斗，粉碎机的出料口连接第一 者浙江力普粉碎设备有限公司研发成功，并获得国家专利 冷凝管，第一冷凝管连接集料器的进风口，集料器的出风口 (专利号ZL9．4)。 通过第二阀门连接离心风机的进风口，离心风机的出风口依 食品工业是超微粉碎技术应用的一大领域。可可粉是食 次连接第一阀门及第二冷凝管，第二冷凝管连接粉碎机的进 品原料，是巧克力的魅力所在。可可粉的细度对于生产巧克 风口。 力来说非常重要，细度不达标的可可粉生产出来的巧克力口 如今，浙江力普公司生产的粉碎、收集成套生产线不仅 感很差，会有粗糙感。瑞士、日本等国家大多在巧克力生产 用于可可粉的加工，还广泛用于其他热敏性食品的精深加 中采用超微粉碎方法生产出的产品非常畅销。 工，深受国内外客商的青睐。 可可粉是一种热敏性物质，当温度高于 36~C后会熔化 和结块。当用可可豆生产可可粉时，一般都用粉碎机来粉碎 浙江力普咨询热线 可可豆。经粉碎成一定的粒度，筛分后即得到可可粉。在粉 传线 碎的过程中，由于粉碎机中粉碎总成的高速旋转，势必会产 力普网站：．corn 生大量的热量，由此而导致部分可可粉结块和黏结，导致产 E—mail： 品的质量和得率下降。

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